JPH0220500A - Transition control system for space-machine attitude controller - Google Patents
Transition control system for space-machine attitude controllerInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は3軸安定化宇宙機用の姿勢制御システムに関す
る。詳しくいうと、本発明はバイアスモーメンタム方式
3軸安定化静止宇宙機においてスラスタ(推力発生装置
)制御から運動量ホイール制御への遷移を制御すること
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an attitude control system for a three-axis stabilized spacecraft. More particularly, the present invention relates to controlling the transition from thruster control to momentum wheel control in a bias momentum three-axis stabilized stationary spacecraft.
[従来の技術]
バイアスモーメンタム方式姿勢制御システムを有する宇
宙機におけるタスクの1つはステーション・キーピング
(位置保持)操縦のために使用されるような比較的高速
の角速度での高権限(ハイ・オーソリティ)制御モード
から例えばモーメンタムホイールを使用するバイアスモ
ーメンタム方式姿勢制御システムに頼る低権限(ロー・
オーソリティ)制御モードへの遷移の制御である。ステ
ーション・キーピングモードから軌道上モードへの遷移
は、遷移の前の高角速度が大きなニコ、−チージョン(
章動)を生じさせる可能性があるので、注意深く実行し
、低権限の軌道上制御モードにおりる姿勢制御の飽和及
び姿勢制御が失われる可能性を回避しなければならない
。[Prior Art] One of the tasks in a spacecraft with a biased momentum attitude control system is to perform high-authority operations at relatively high angular velocities, such as those used for station-keeping maneuvers. ) control mode that relies on a biased momentum attitude control system, e.g. using a momentum wheel.
authority) control of transition to control mode. The transition from station-keeping mode to on-orbit mode is due to the high angular velocity before the transition, which is
(nutation) and must be performed carefully to avoid saturation of attitude control and possible loss of attitude control resulting in low authority on-orbit control mode.
3軸安定化宇宙機の所望の制御精度はミスアラインメン
ト及び構造」二の又は熱的歪みによるボインティングエ
ラーを計算に入れないで0.01度乃至0.05度であ
る。しかしながら、ステーション・キーピング操縦番ご
伴う代表的な補正されない姿勢誤差は25倍程度大きい
、即ち、0.25度乃至1.25度の半径を持つニュー
テーション・サークルである。安定な軌道上モードを達
成するためには、制御がモーメンタムホイールに基づく
軌道上制御装置に移行する前に、ニューテーション振幅
は敏速に減少させなければならず、好ましくは零に減少
させなければならない。The desired control accuracy for a three-axis stabilized spacecraft is between 0.01 and 0.05 degrees, not counting misalignment and pointing errors due to structural or thermal distortion. However, the typical uncorrected attitude error associated with station-keeping maneuvers is on the order of 25 times larger, ie, a nutrition circle with a radius of 0.25 degrees to 1.25 degrees. In order to achieve a stable on-orbit mode, the nutation amplitude must be rapidly reduced, preferably to zero, before control is transferred to the momentum wheel-based on-orbit controller. .
[発明が解決しようとする課題]
ニューテーラ3ン補正システムの大部分は臨界パラメー
タの測定ではなくて計算に基づいたオーブンループ制御
システムである。ニューテーション制御システムに関し
て、次の特許が米国特許局の公開記録のサーチにおいて
明らかにされた。Problems to be Solved by the Invention Most of the New Taylor 3 correction systems are oven loop control systems that are based on calculations rather than measurements of critical parameters. The following patents relating to nutrition control systems were revealed in a search of the U.S. Patent Office public records.
米国特許第3.866、025号は同時に軌道を調整し
ながら合計の角運動量ベクトルを所望の軌道正規ベクト
ルと整列させるスラスタの点火をもたらす宇宙機姿勢制
御システムを開示している。この発明は一般に入手でき
るセンサ及びスラスタシステムを使用する。しかしなが
ら、これは操縦中のニューテーションの蓄積を最小にし
ようとする態様で軌道調整操縦を行なおうとするもので
あり、操縦に続く補正のための機構を提供するものでは
ない、この制御システムは角速度を直接感知1”るので
はな(て、角速度を計算する。その上、この特許は本発
明の特定の遷移姿勢制御技術については言及していない
。U.S. Pat. No. 3,866,025 discloses a spacecraft attitude control system that provides thruster firing to align the total angular momentum vector with the desired orbit normal vector while simultaneously adjusting the orbit. The invention uses commonly available sensors and thruster systems. However, this control system attempts to perform trajectory adjustment maneuvers in a manner that attempts to minimize the accumulation of nutrients during the maneuver, and does not provide a mechanism for correction following the maneuver. The angular velocity is calculated rather than directly sensed. Moreover, this patent does not mention the specific transition attitude control technique of the present invention.
ニューテーションの減衰、宇宙機システムにおける補正
等の一般的問題についての追加の情報を含む、明示され
た他の特許は次の通りである。Other patents identified that contain additional information on common issues such as nutrition attenuation, correction in spacecraft systems, etc. are:
股区立丘1ユ U
3、643.897 ジ3ンソン、ジュニア3、
937.423 ジョハンセン3.944472
ベラカー
3、!184,071 フレミング3.997.
137 フィリップス4.023.752
ビスティナー他4.174.819 ブリス
、−ダール他4.370,716 アミュー4
.386,750 ホフマン
4.521,855 レーナー他上記米国特許第
3,643.897号はスピン安定化宇宙機に関するも
のであり、本発明のように3軸安定化宇宙機に関するも
のではない。この特許はニューテーション角を制限され
た値に保持しようとするものであるが、ニューテーショ
ンを零に減少させる方法については何等の示唆もない。Mata-ku Tateoka 1 U 3, 643.897 Ji 3 Inson, Junior 3,
937.423 Johansen 3.944472
Belaka 3! 184,071 Fleming 3.997.
137 Phillips 4.023.752
Bistiner et al. 4.174.819 Bliss, Dahl et al. 4.370,716 Amu 4
.. 386,750 Hofmann 4.521,855 Lehner et al. U.S. Pat. No. 3,643,897 relates to a spin-stabilized spacecraft, not a three-axis stabilized spacecraft as the present invention does. Although this patent attempts to hold the nutation angle to a limited value, there is no suggestion as to how to reduce the nutation to zero.
上記米国特許第3.937.423号は3軸安定化宇宙
機の姿勢制御システムを開示している。しかし、この特
許はヨー角、ヨー角速度、及びロール角速度を感知する
ための機構については何等の開示もない。No. 3,937,423 discloses an attitude control system for a three-axis stabilized spacecraft. However, this patent does not disclose any mechanism for sensing yaw angle, yaw angular velocity, and roll angular velocity.
上記米国特許第3.944.172号は内部モーメンタ
ムホイール制御なしの宇宙機に関するものであり、従っ
てニューテーションによって影響を受けない。No. 3,944,172 relates to a spacecraft without internal momentum wheel control and is therefore unaffected by nutrition.
上記米国特許第3.984.071号は宇宙機ロール角
のみを感知することに基づいた2つのスラスタの点火に
よってニューテーション・ザークルをダンピングするこ
とに関する。ロール、ヨー、及びヨー角速度を感知する
手段は存在しない。その結果、安定性の保証が得られな
い。No. 3,984,071 relates to damping a nutrition circle by firing two thrusters based on sensing only the spacecraft roll angle. There is no means to sense roll, yaw, and yaw angular velocity. As a result, stability cannot be guaranteed.
上記米国特許第3.997.137号、第4.023.
752号及び第4.370.716号はスピン安定化宇
宙機に関するものであって、3軸安定化宇宙機に関する
ものではないので、本発明には関係がない。U.S. Pat. No. 3.997.137, 4.023.
No. 752 and No. 4.370.716 relate to spin-stabilized spacecraft, not three-axis stabilized spacecraft, and are therefore not relevant to the present invention.
上記米国特許第4,174,819号は3軸安定化宇宙
機の姿勢制御に関するものであるが、ニューテーション
制御の問題及びスラスタ制御モードからホイール制御モ
ードへの遷移の問題を取扱うものではない、また、ヨー
角又はヨー1−速度用のセンサは存在しない。Although the aforementioned U.S. Pat. No. 4,174,819 relates to attitude control of a three-axis stabilized spacecraft, it does not address the problem of nutrition control and the problem of transition from thruster control mode to wheel control mode. Also, there are no sensors for yaw angle or yaw 1-speed.
[課題を解決するための手段]
本発明によれば、姿勢安定装置として内部宇宙機本体固
定のモーメンタムホイールを使用する3軸安定化宇宙機
において、ニューテーション角及び遷移時間を最小にす
るようにスラスタ制御からモーメンタムホイール制御へ
の遷移を制御する方法が提供される。この方法は運動量
成分及び角速度の直接の実質的に実時間の測定を使用し
て、宇宙機のニューテーション周期と同期した対のスラ
ストインパルスを発生する。測定誤差或はスラスタイン
パルス誤差のない理想的な場合には、ニューテーション
はニューテーション周期の1/2で零にされる。しかし
ながら、誤差は常に存在するから、制御装置は閉ループ
実時間フィードバックシステムにおいてデッドビート原
理を使用する。好ましい実施例においては、ロール及び
ヨーにおけるインパルス的スラスタ点火指令はI/2ニ
エーテーシぢン周期の時間間隔で同時であり、宇宙機横
方向運動量が3つ或はそれより少ない引続く対のスラス
タインパルス点火において許容できる低レベルに減少さ
れるという効果を有する。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, in a three-axis stabilized spacecraft that uses a momentum wheel fixed to the internal spacecraft body as an attitude stabilization device, the nutrition angle and transition time are minimized. A method is provided for controlling the transition from thruster control to momentum wheel control. This method uses direct, substantially real-time measurements of momentum components and angular velocity to generate paired thrust impulses that are synchronized with the spacecraft's nutrition period. In the ideal case with no measurement errors or thruster pulse errors, the nutation is zeroed out at 1/2 of the nutation period. However, since errors always exist, the controller uses a deadbeat principle in a closed-loop real-time feedback system. In a preferred embodiment, the impulsive thruster firing commands in roll and yaw are simultaneous with a time interval of I/2 nietation period, and the spacecraft lateral momentum is equal to or less than three consecutive pairs of thruster pulses. This has the effect that the ignition is reduced to an acceptably low level.
本発明は最小限の過渡オーバシェードで、所望の軌道上
状態に関する角運動量を低権限壬−メンタムホイール制
御装貢によって処理するこ凄ができるレベルに自動的に
減少さゼる。The present invention automatically reduces the angular momentum for a desired on-orbit condition to a level that can be handled by a low power mentum wheel control device with minimal transient overshading.
本発明は添付図面を参照しての以下の詳細な記載によっ
て十分に理解さねよう。この中の記載は説明を簡単にす
るために対称的な宇宙機、即ち、等しいヨー及びロール
慣性を有する宇宙機に基づいている。しかしながら1本
発明の原理は任意の宇宙機に適用できるものである。The present invention will be better understood by the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. The description herein is based on a symmetric spacecraft, ie, a spacecraft with equal yaw and roll inertia, for ease of explanation. However, the principles of the present invention can be applied to any spacecraft.
[実施例]
第1図は一組の横方向(ロール/ヨー)モーメンタム軸
に関するニューテーション・サークル、通常は楕円、を
例示する宇宙機のベクトル図10である。簡単にするた
めに、宇宙機それ自体の本体及び構造体は図示していな
い0本発明の目的の1つは宇宙機のニューテーションを
最小にすること、理想的にはニューテーションを零に減
少させることである。第1図は本発明による適当な角度
インパルス補正の効果を示す。EXAMPLE FIG. 1 is a vector diagram 10 of a spacecraft illustrating a nutrition circle, typically an ellipse, about a set of lateral (roll/yaw) momentum axes. For simplicity, the body and structures of the spacecraft itself are not shown. One of the objectives of the invention is to minimize the nutrition of the spacecraft, ideally reducing the nutrition to zero. It is to let FIG. 1 shows the effect of suitable angular impulse correction according to the invention.
い(つかの基本原理が本発明の理解に役立つであろう。(Some basic principles will be helpful in understanding the invention.
先ず第1に、宇宙機の運動量の変化、ベクトルΔHはス
ラスタのトルク、ベクトル゛rと点火時間tとの積に等
しい。ベクトルΔHはX軸のロール成分及びZ軸のヨー
成分に分解でき、その結果ベクトル式ΔH= TΔtは
次のように容易に展開できる。First of all, the change in spacecraft momentum, vector ΔH, is equal to the product of the thruster torque, vector r, and the ignition time t. The vector ΔH can be decomposed into a roll component on the X axis and a yaw component on the Z axis, and as a result, the vector equation ΔH=TΔt can be easily expanded as follows.
八H* = TつΔt
ΔHv ”” T vΔt
ΔI(工=T、Δt
ここでΔtは点火時間である。ピッチの点火は含まれな
いから、y成分はOであり、従ってピッチは本発明の目
的に対しては無視できる0点火時間は40m5乃至50
m5程度であり、一方二エーテーション周期17λ、即
ち、宇宙機本体がニューテーション・サークルを完全に
章動する時間、は150乃至300秒程度又はそれ以上
である。長いニューテーション周期はインパルス的点火
に関連した近似を容認する。ニューテーション周期は宇
宙機の慣性Iseと宇宙機そ−メンタムホイールのホイ
ール運動@H,どの関数である。スラスタの点火は二ニ
ーチージョン・づ−クルの中心を変化させ、ロール角φ
がヨーモーメンタムH3に比例し、即ち、φ。=−ΔH
z/Hwx、またヨー角ψがロールモーメンタムH,I
に比例する、即ぢ、Δψ0=ΔH、/H。8H* = T Δt ΔHv ”” T vΔt ΔI (Eng = T, Δt where Δt is the ignition time. Since the pitch ignition is not included, the y component is O, and therefore the pitch is Zero ignition time, which is negligible for the purpose, is 40 m5 to 50
On the other hand, the diatation period 17λ, that is, the time for the spacecraft body to completely nutate the nutation circle, is about 150 to 300 seconds or more. Long nutation periods allow approximations related to impulsive ignition. The nutrition period is a function of the inertia Ise of the spacecraft and the wheel motion @H of the spacecraft somentum wheel. Ignition of the thruster changes the center of the two-knee joint and roll angle φ
is proportional to the yaw momentum H3, i.e. φ. =-ΔH
z/Hwx, and the yaw angle ψ is the roll momentum H,I
Proportional to, Δψ0=ΔH, /H.
ピッチ制御はロール及びヨーに無関係であるので、ロー
ル及びヨーのみを考慮する必要があるだけである。Pitch control is independent of roll and yaw, so only roll and yaw need be considered.
ロール角軸及びヨー角軸を示すベクトル図10はニュー
テーション・サークルの平面を表わす。The vector diagram 10 showing the roll and yaw angle axes represents the plane of the nutrition circle.
詳しくいうと、本発明の目的の1つはニューテーション
及びC0にその中心14を有する対応するニューテーシ
ョン・サークル12をOに減じることである。本発明に
よれば、これは4つの独立の変数、即ち、ロール角、ロ
ールレート、ヨー角及びヨーレートを測定し、次いでこ
れら測定された量を使用してスラスタ&こインパルス的
推力を発生させ、ニューテーションの中心14をある運
動量ベクトル(Δh+=Δhx+Δh□)によって原点
により近いC1の新しい中心16に移動させ、その後ニ
ューテーションの中心を繰返し移動させ、理想的には原
点に移動させることを必要とする。実際にはニューテー
ション・サークル19のニューテーションの中心16°
が存在し、運動量ベクトルΔh2の実際の変化に応答し
て原点の近傍のC1に実際には中心18を持つニューテ
ーション・サークル19を生じさせるであろう、第3の
インパルスΔhs又は引続(インパルスを供給してもよ
い。本発明によれば、これら運動量の変化は宇宙機のロ
ール及びヨースラスタの同時のインパルス的点火を可能
にすることによって達成される0点火の時間はニュ−テ
ーション周期の172周期だけ離間されている。即ち、
1=0及びt=π/λである。ここで、1/λ、はニュ
ーテーション周期である0代表的な宇宙機におけるニュ
ーテーション周期は300秒程度である。理想的には、
即ち、誤差がない場合には、t=:W:/λにおける第
2のスラスタの点火は原点で生じ、それ故ニューテーシ
ョンの中心は原点にあり、二二−テーシ3ンはOに減ぜ
られる。実際には、3回の点火がニューテーションをO
に減少させるために必要であることが分った。In particular, one of the objects of the invention is to reduce the nutation and the corresponding nutation circle 12 with its center 14 at C0 to O. According to the invention, this measures four independent variables: roll angle, roll rate, yaw angle and yaw rate, and then uses these measured quantities to generate thruster & impulse thrust; It is necessary to move the center 14 of the nutation by some momentum vector (Δh+=Δhx+Δh□) to a new center 16 of C1 closer to the origin, and then repeatedly move the center of the nutation, ideally to the origin. do. Actually the center of nutrition of nutrition circle 19 is 16°
exists, and in response to the actual change in the momentum vector Δh2, a third impulse Δhs or a subsequent (impulse According to the invention, these momentum changes are achieved by allowing simultaneous impulsive firing of the spacecraft's roll and yaw thrusters. , i.e.,
1=0 and t=π/λ. Here, 1/λ is the nutrition period. The nutrition period in a typical spacecraft is about 300 seconds. Ideally,
That is, in the absence of error, the firing of the second thruster at t=:W:/λ occurs at the origin, so the center of nutrition is at the origin, and the It will be done. In reality, three ignitions will turn the nutrition on.
It was found necessary to reduce the
第2図は本発明による制御システム30の構成を示す、
宇宙機は宇宙機ダイナミックス32によって比噛的に表
わされている。宇宙機ダイナミックス32は宇宙機の運
動を出力パラメータとして発生し、この宇宙機の運動の
方向及び向きは宇宙機搭載のジャイロスコープであるデ
ィジタル・インチグレーティング・レート・アセンブリ
(DIRA)34によって及び地球センサ36によって
測定される。FIG. 2 shows the configuration of a control system 30 according to the present invention.
The spacecraft is metaphorically represented by spacecraft dynamics 32. Spacecraft dynamics 32 is generated using the spacecraft motion as an output parameter, and the direction and orientation of this spacecraft motion is determined by the digital inch grating rate assembly (DIRA) 34, which is a gyroscope onboard the spacecraft, and by the Earth. Measured by sensor 36.
ロール信号φは地球センサ36から内蔵の誤差計算器4
0ヘロール信号ライン38を介して提供される。また、
DIRAがヨー信号ライン42にヨー信号ψを、ヨーレ
ート信号ライン44にヨーレート信号金を、そしてロー
ルレート信号ライン46にロールレート信号↓を出力と
して提供し、内蔵の誤差計算器40に供給する。The roll signal φ is sent from the earth sensor 36 to the built-in error calculator 4.
0 herol signal line 38. Also,
DIRA provides as outputs a yaw signal ψ on a yaw signal line 42, a yaw rate signal gold on a yaw rate signal line 44, and a roll rate signal ↓ on a roll rate signal line 46 to an internal error calculator 40.
後述するように、内蔵の誤差計算器40はこ第1ら測定
されたパラメータからロール誤差emに対する予めの値
及びヨー誤差62に対する予めの値を計算し、これら信
号を信号ライン48及び50又はそれらの等価物を介し
てノイズフィルタ手段52及び54に提供する。ノイズ
フィルタ手段52及び54は基本的にはローパスフィル
タであり、それらの機能は宇宙機における測定誤差及び
構造的たわみ効果に起因するロール及びヨー誤差信号か
ら高周波レートノイズをフィルタすることである。第1
のノイズフィルタ52の出力信号は信号ライン56のロ
ール誤差信号e8てあり、第2のノイズフィルタ54の
出力信号は信号ライン58のロール誤差信号e!である
。その後2つの誤差信号は、これら目的に対しては一定
の値、即ち、ロール慣性成分工、を横方向ロールトルク
成分子l:Xで割算した値60とヨー慣性成分■2を横
方向ヨートルク成分子、で割算した値62とによって重
みが付けられる。出力信号64及び66はタイマー68
に供給され、このタイマー68はこれら信号を使用して
それぞれのロールスラスタ70及びヨースラスタ72に
対するインパルス周期を制御する。これらスラスタ70
及び72はトルクTc、(ロールトルク)及びTcx(
ヨートルク)を宇宙機に供給し、それに応じて宇宙機ダ
イナミックス32が変更される。スラスタの点火はニュ
ーチーシランの中心を変更させる。As will be described below, a built-in error calculator 40 calculates a predetermined value for roll error em and a predetermined value for yaw error 62 from these first measured parameters and transmits these signals to signal lines 48 and 50 or to noise filter means 52 and 54 via equivalents of . The noise filter means 52 and 54 are essentially low pass filters whose function is to filter high frequency rate noise from the roll and yaw error signals due to measurement errors and structural flexure effects in the spacecraft. 1st
The output signal of the second noise filter 52 is the roll error signal e8 on the signal line 56, and the output signal of the second noise filter 54 is the roll error signal e! on the signal line 58. It is. The two error signals are then constant values for these purposes: the roll inertia component divided by the lateral roll torque component l:X, and the yaw inertia component 2 divided by the lateral yaw torque The weight is given by the value 62 divided by the component child. Output signals 64 and 66 are timer 68
The timer 68 uses these signals to control the impulse period for each roll thruster 70 and yaw thruster 72. These thrusters 70
and 72 are torque Tc, (roll torque) and Tcx (
yaw torque) to the spacecraft, and the spacecraft dynamics 32 are changed accordingly. Ignition of the thruster causes the center of the new chishiran to change.
本発明によれば、供給されたトルクは、測定されたロー
ル、ヨー、ロールレート、及びヨーレートによって決定
される継続時間及びベクトルを有する、対の、又はデッ
ドビートのスラスタの点火で、横方向運動量を0に向か
って、またニューチーシランの中心をヨー及びロールO
に向かって減少させる。ロール誤差及びヨー誤差に対す
る誤差信号は次の運動式によって測定された皿から計算
される。According to the invention, the supplied torque is the firing of paired or deadbeat thrusters with a duration and vector determined by the measured roll, yaw, roll rate, and yaw rate, resulting in lateral momentum. towards 0, and the center of the new chishiran to yaw and roll O
decrease towards. The error signals for roll and yaw errors are calculated from the measured pan by the following kinematic equations:
ez=(Φ+ 1/2えD)
ex=−(↓−1/2えψ)
これら式は、適正にフィルタされかつ定数によって重み
がつけられると、1/2ニ工−テーシヨン周期離れた後
で理想的には原点を通るニコ、−テーシ3ン・サークル
をもたらすのに必要な誤差補正のすべてに対して十分な
情報を提供する。第1のスラスタの点火が上のように計
算されたと仮定すると、ロール及びヨー角は1/2ニ工
−テーシ日ン周期の後でOに近付く(第1図のP、)、
上記式に従ってセンサデータから計算されたこのときの
第2組のスラスタの点火は非常に小さなニューチーシラ
ン・サークルをもたらす。この過程は必要な場合には1
回又はそれ以上の追加の点火によって繰返すことができ
る。実際には、追加の1/2ニユ一テーシヨン周期の後
での追加の1組のロール/ヨースラスタの点火が非常に
有益であることが分った。ez=(Φ+1/2ED) ex=-(↓-1/2Eψ) These equations, when properly filtered and weighted by a constant, give ideally provides enough information for all of the error corrections needed to yield a three-dimensional circle that passes through the origin. Assuming that the firing of the first thruster is calculated as above, the roll and yaw angles approach O after 1/2 a day period (P, in Figure 1),
Firing of the second set of thrusters at this time, calculated from the sensor data according to the above formula, results in a very small new chisi run circle. This process can be carried out by 1 if necessary.
It can be repeated with one or more additional ignitions. In practice, firing an additional set of roll/yaw thrusters after an additional 1/2 rotation period has been found to be very beneficial.
ピッチは、ピッチ制御がロール及びヨーに無関係である
ので、ニューテーシジン補正のファクタではない、かく
して、ロール、ヨー、ロールレート及びヨーレートを即
座に知り、かつ宇宙機の慣性モーメントを知ることによ
って、宇宙機の運動量を2つのディメンシ3ンにおいて
計算し、その運動量を補正することができる。Pitch is not a factor in the Nutasigin correction since pitch control is independent of roll and yaw; thus, by knowing roll, yaw, roll rate and yaw rate instantly, and knowing the spacecraft's moment of inertia, The momentum of the spacecraft can be calculated in two dimensions and the momentum can be corrected.
本発明を特定の実施例に関して説明したが、他の実施例
がこの分野の通常の知識を有する技術者にはこの中の記
述から明らかであろう0例えば、ニューテーシゴン周波
数はピッチホイール速度の測定に基づいたものでよく、
或は定数によって厳密に近似できる。同様に、横方向運
動量成分を計算する際に、異なるロール及びヨー慣性モ
ーメント、並びに意義があるならば、慣性の積、を計算
に入れてもよい。第3の変形は、制御スラスタが重大な
りロスカップリング・トルクを有する場合に、これがス
ラスタの点火時間の計算に悪影響を与えるので、生じ得
る。必要とする計算の?jt雑さに応じて、ディジタル
プロセッサがアナログ電子装置(回路)よりも好ましい
かも知れない。従って、本発明は、特許請求の範囲によ
って指示されること以外は、制限されることを意図する
ものではない。Although the present invention has been described with respect to particular embodiments, other embodiments will be apparent to those skilled in the art from the description herein. May be based on measurements;
Alternatively, it can be exactly approximated by a constant. Similarly, when calculating the lateral momentum component, the different roll and yaw moments of inertia, as well as the product of inertia, if meaningful, may be taken into account. A third variation can occur if the control thruster has significant loss coupling torque, since this adversely affects the calculation of the thruster firing time. What calculations do you need? Depending on the complexity, digital processors may be preferable to analog electronics (circuits). Accordingly, the invention is not intended to be limited except as indicated by the claims.
、先工aJ、、単L」1明
第1図は、円又は楕円を表オつすニューテーク9ン・サ
ークルが簡単にするために示された3軸安定化宇宙機の
デッドビートインパルス点火制御による横方向運動量の
減少を例示するベクトル図、第2図は本発明による宇宙
機用運動量制御システムの一実施例の構成図である。Figure 1 shows the deadbeat impulse ignition of a three-axis stabilized spacecraft in which a circle representing a circle or an ellipse is shown for simplicity. A vector diagram illustrating a reduction in lateral momentum by control, and FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of a spacecraft momentum control system according to the present invention.
10:宇宙機のベクトル図
12.19:ニューテーシジン・サークル30:制(卸
システム
32:宇宙機ダイナミックス
34:ディジタル・インチグレーティング・レート・ア
センブリ (D I RA)
36:地球センサ
40:誤差計算器
52.54:ノイズフィルタ手段
60.62:定数
68:タイマー
70:ロールスラスタ
72:ヨースラスタ10: Vector diagram of spacecraft 12.19: New technology circle 30: System (wholesale system 32: Spacecraft dynamics 34: Digital inch grating rate assembly (D I RA) 36: Earth sensor 40: Error Calculator 52.54: Noise filter means 60.62: Constant 68: Timer 70: Roll thruster 72: Yaw thruster
Claims (6)
メンタムホイールを使用し、かつニューテーション周期
によって特徴付けられる3軸安定化宇宙機において、ニ
ューテーション角及び遷移時間を最小にするようにスラ
スタ制御からモーメンタムホイール制御への遷移を制御
する方法が、a)宇宙機のロール角、宇宙機のヨー角、
宇宙機のロールレート及び宇宙機のヨーレートをそれぞ
れ表わす値を得る段階と、 b)宇宙機の慣性モーメントと宇宙機のロール角、宇宙
機のヨー角、宇宙機のロールレート及び宇宙機のヨーレ
ートをそれぞれ表わす前記値とから、ロール成分及びヨ
ー成分からなる宇宙機の横方向角運動量ベクトルを計算
する段階と、 c)一組の姿勢制御スラスタのそれぞれに対する点火時
間長を計算し、スラスタの点火に続いて横方向角運動量
を0にするようにニューテーション振幅を減少させる宇
宙機の運動を生じさせる段階と、 d)前記計算された点火時間長に従って前記一組の姿勢
制御スラスタを点火する段階と、 e)前記宇宙機の前記ニューテーション周期の実質的に
1/2の間隔で前記段階a)乃至d)を少なくとも一回
繰返す段階 とからなる遷移制御方法。(1) In a three-axis stabilized spacecraft that uses a momentum wheel fixed to the internal spacecraft body as an attitude stabilization means and is characterized by a nutation period, thruster control is performed to minimize the nutation angle and transition time. The method for controlling the transition from to momentum wheel control is as follows: a) roll angle of the spacecraft, yaw angle of the spacecraft,
obtaining values representing the spacecraft roll rate and the spacecraft yaw rate, respectively; b) obtaining the spacecraft moment of inertia, the spacecraft roll angle, the spacecraft yaw angle, the spacecraft roll rate, and the spacecraft yaw rate; c) calculating a lateral angular momentum vector of the spacecraft consisting of a roll component and a yaw component from the values respectively represented; c) calculating an ignition time length for each of the set of attitude control thrusters; d) igniting the set of attitude control thrusters in accordance with the calculated ignition duration; e) repeating steps a) to d) at least once at intervals of substantially 1/2 of the nutrition period of the spacecraft.
に高いスプリアス信号を減衰させる段階を含む特許請求
の範囲第1項記載の遷移制御方法。The transition control method according to claim 1, further comprising the step of: (2) attenuating spurious signals substantially higher than the nutrition frequency of the spacecraft.
と前記ホイール及び前記宇宙機の慣性モーメントとから
前記ニューテーション周期を計算する段階を含む特許請
求の範囲第1項記載の遷移制御方法。2. The transition control method according to claim 1, further comprising the step of: (3) calculating the nutrition period from the measured rotational speed of the momentum wheel and the moment of inertia of the wheel and the spacecraft.
する段階がロール及びヨーを制御するために同時の点火
を含む特許請求の範囲第2項記載の遷移制御方法。4. The method of claim 2, wherein the thrusters are arranged at right angles and the firing step includes simultaneous firing to control roll and yaw.
メンタムホイールを使用し、かつニューテーション周期
によって特徴付けられる3軸安定化宇宙機において、ニ
ューテーション角及び遷移時間を最小にするようにスラ
スタ制御からモーメンタムホイール制御への遷移を制御
する装置が、宇宙機のロール角、宇宙機のヨー角、宇宙
機のロールレート及び宇宙機のヨーレートをそれぞれ表
わす値を得るセンサ手段と、 該センサ手段に結合され、前記ニューテーション周期の
実質的に1/2の間隔で宇宙機のロール及びヨー姿勢制
御スラスタの点火を制御する制御手段 とを具備し、該制御手段が、 宇宙機の慣性モーメントと宇宙機のロール角、宇宙機の
ヨー角、宇宙機のロールレート及び宇宙機のヨーレート
をそれぞれ表わす前記値とから、ロール成分及びヨー成
分からなる宇宙機の横方向角運動量ベクトルを計算する
装置と、 前記姿勢制御スラスタに対する点火時間長を計算し、ス
ラスタの点火に続いて横方向角運動量を0にするように
ニューテーション振幅を減少させる宇宙機の運動を生じ
させる装置と、 前記点火時間長に従って前記ロール及びヨー姿勢制御ス
ラスタを点火させる装置と、 前記宇宙機の前記ニューテーション周期の実質的に1/
2の間隔で前記ロール及びヨー姿勢制御スラスタの点火
を逐次実行するタイミング装置とを含むことを特徴とす
る遷移制御装置。(5) In a three-axis stabilized spacecraft that uses a momentum wheel fixed to the internal spacecraft body as an attitude stabilization means and is characterized by a nutation cycle, thruster control is performed to minimize the nutation angle and transition time. an apparatus for controlling the transition from to momentum wheel control, coupled to the sensor means for obtaining values representative of a spacecraft roll angle, a spacecraft yaw angle, a spacecraft roll rate, and a spacecraft yaw rate, respectively; and control means for controlling the ignition of the roll and yaw attitude control thrusters of the spacecraft at intervals of substantially 1/2 of the rotation period, the control means controlling the moment of inertia of the spacecraft and the spacecraft. a device for calculating a lateral angular momentum vector of a spacecraft consisting of a roll component and a yaw component from the values representing the roll angle of the spacecraft, the yaw angle of the spacecraft, the roll rate of the spacecraft, and the yaw rate of the spacecraft, respectively; an apparatus for calculating a firing time length for an attitude control thruster and producing a motion of the spacecraft that reduces the nutation amplitude to zero transverse angular momentum following thruster firing; and said roll according to said firing time length. and a device for igniting a yaw attitude control thruster; and a device for igniting a yaw attitude control thruster;
and a timing device for sequentially igniting the roll and yaw attitude control thrusters at intervals of 2.
たフィルタ手段を含み、該フィルタ手段が前記宇宙機の
ニューテーション周波数より実質的に高いスプリアス信
号を除去する特許請求の範囲第5項記載の遷移制御装置
。6. Claim 5 further comprising filter means coupled between said sensor means and said control means, said filter means removing spurious signals substantially higher than the nutrition frequency of said spacecraft. The transition control device described.
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